JP6551820B2 - Combustor and gas turbine provided with the same - Google Patents
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Description
本発明は、燃焼器、及びこれを備えているガスタービンに関する。 The present invention relates to a combustor and a gas turbine including the combustor.
例えば、以下の特許文献1に開示されている燃焼器は、複数のバーナと、複数のバーナから噴出した燃料が燃焼する燃焼領域を形成する燃焼筒と、を備えている。複数のバーナは、いずれも、棒状部分を有して燃料を噴射するノズルと、このノズルの外周を囲み、空気とノズルからの燃料とを下流側に噴出する筒と、を有する。この燃焼器は、さらに、バーナ筒の軸線を基準にした放射方向に広がる基板を備えている。 For example, a combustor disclosed in the following Patent Document 1 includes a plurality of burners and a combustion cylinder that forms a combustion region in which fuel ejected from the plurality of burners burns. Each of the plurality of burners includes a nozzle that has a rod-like portion and injects fuel, and a cylinder that surrounds the outer periphery of the nozzle and injects air and fuel from the nozzle downstream. The combustor further includes a substrate extending in a radial direction with respect to the axis of the burner cylinder.
燃焼器内では、燃料が燃焼すると共に、この燃焼の結果生成される燃焼ガスが流れる。このため、燃焼器は、高温環境下におかれる複数の部品が存在する。そこで、このような部品を含む燃焼器の長寿命化が望まれている。 In the combustor, fuel burns and combustion gas generated as a result of this combustion flows. For this reason, the combustor has a plurality of parts placed in a high temperature environment. Therefore, there is a demand for prolonging the life of a combustor including such components.
そこで、本発明は、長寿命化を図ることができる燃焼器、及びこれを備えているガスタービンを提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the combustor which can aim at lifetime improvement, and a gas turbine provided with the same.
上記目的を達成するための発明に係る一態様としての燃焼器は、
バーナ軸線を中心とする棒状部分を有して、燃料を噴射するノズルと、筒状を成して前記ノズルの外周を囲み、前記バーナ軸線が延びる軸線方向の一方側である上流側から他方側である下流側に、空気と前記ノズルからの燃料とを噴出するバーナ筒と、前記バーナ筒の下流端部から、前記バーナ軸線を基準にした放射方向成分を有する方向に広がって、前記バーナ筒の外周側であって自身の上流側にパージ空気が流入するパージ空気空間を画定する基板と、を備え、前記パージ空気空間中の前記パージ空気を前記バーナ筒内に又は前記基板よりも下流側に噴出するパージ空気流路が、前記基板と前記バーナ筒とのうち少なくとも一方に形成されている。前記パージ空気流路の前記パージ空気を噴出する噴出開口は、前記バーナ筒の下流端から上流側に向かって、前記バーナ筒を形成する筒形成板の板厚寸法と前記基板の板厚寸法とのうちで長い方の板厚寸法である第一開口形成範囲寸法分までの範囲と、前記バーナ筒の内周面から前記放射方向に向かって前記第一開口形成範囲寸法分までの範囲とから成る第一開口形成範囲内に形成されている。
A combustor as one aspect according to the invention for achieving the above object is as follows:
A nozzle having a rod-like portion centered on the burner axis, a nozzle for injecting fuel, and a tubular shape surrounding the outer periphery of the nozzle and extending from the upstream side which is one side in the axial direction from which the burner axis extends The burner cylinder which ejects the air and the fuel from the nozzle, and the downstream end of the burner cylinder in a direction having a radial component based on the burner axis, And a substrate for defining a purge air space into which purge air flows on the upstream side of the substrate, and the purge air in the purge air space is in the burner cylinder or downstream of the substrate A purge air flow path that is ejected to the substrate is formed in at least one of the substrate and the burner cylinder. The ejection opening for ejecting the purge air in the purge air flow path has a plate thickness dimension of a cylinder forming plate that forms the burner cylinder and a plate thickness dimension of the substrate from the downstream end of the burner cylinder toward the upstream side. Among these, from the range up to the first opening formation range dimension, which is the longer plate thickness dimension, and the range from the inner peripheral surface of the burner tube to the first opening formation range dimension in the radial direction It forms in the 1st opening formation range which comprises.
当該燃焼器では、パージ空気空間からのパージ空気が、開口形成範囲内に形成されているパージ空気流路の噴出開口から、バーナ筒内又は基板よりも下流側に噴出される。このため、当該燃焼器では、バーナ筒の下流端の下流側に、燃料を含む可燃性気体の渦流が形成され難くなる。また、バーナ筒から噴出した可燃性気の一部が仮にバーナ筒の下流端近傍に漂ったとしても、この可燃性気体中の可燃分はパージ空気により薄められる。言い換えると、バーナ筒の下流端近傍に、パージ空気流路からのパージ空気が漂い、バーナ筒の下流端近傍に漂う可燃性気体中の可燃分が少なくなる。 In the combustor, purge air from the purge air space is ejected from the ejection opening of the purge air flow path formed in the opening formation range to the downstream side of the burner cylinder or the substrate. For this reason, in the combustor, it is difficult to form a swirl of combustible gas containing fuel on the downstream side of the downstream end of the burner cylinder. Even if a part of the combustible gas ejected from the burner cylinder drifts in the vicinity of the downstream end of the burner cylinder, the combustible component in the combustible gas is diluted by the purge air. In other words, the purge air from the purge air flow path floats near the downstream end of the burner cylinder, and the combustible component in the combustible gas floating near the downstream end of the burner cylinder decreases.
従って、当該燃焼器では、バーナ筒の下流端近傍での可燃性気体の燃焼を抑えることができる。 Therefore, in the combustor, combustion of combustible gas in the vicinity of the downstream end of the burner cylinder can be suppressed.
上記目的を達成するための発明に係る他の態様としての燃焼器は、
バーナ軸線を中心とする棒状部分を有して、燃料を噴射するノズルと、筒状を成して前記ノズルの外周を囲み、前記バーナ軸線が延びる軸線方向の一方側である上流側から他方側である下流側に、空気と前記ノズルからの燃料とを噴出するバーナ筒と、前記バーナ筒の下流端部から、前記バーナ軸線を基準にした放射方向成分を有する方向に広がって、前記バーナ筒の外周側であって自身の上流側にパージ空気が流入するパージ空気空間を画定する基板と、を備え、前記パージ空気空間中の前記パージ空気を前記バーナ筒内に又は前記基板よりも下流側に噴出するパージ空気流路が、前記基板と前記バーナ筒とのうち少なくとも一方に形成されている。前記パージ空気流路の前記パージ空気を噴出する噴出開口は、前記バーナ筒の下流端から上流側に向かって、前記バーナ筒を形成する筒形成板の板厚寸法と前記基板の板厚寸法とのうちで短い方の板厚寸法である第二開口形成範囲寸法分までの範囲と、前記バーナ筒の内周面から前記放射方向に向かって前記第二開口形成範囲寸法分までの範囲とから成る第二開口形成範囲内に形成されていてもよい。
A combustor as another aspect according to the invention for achieving the above object is as follows:
A nozzle having a rod-shaped portion centered on the burner axis, and a nozzle for injecting fuel, and surrounding the outer periphery of the nozzle in a cylindrical shape, from the upstream side, which is one side in the axial direction in which the burner axis extends, to the other The burner cylinder which ejects the air and the fuel from the nozzle, and the downstream end of the burner cylinder in a direction having a radial component based on the burner axis, And a substrate for defining a purge air space into which purge air flows on the upstream side of the substrate, and the purge air in the purge air space is in the burner cylinder or downstream of the substrate A purge air flow path that is ejected to the substrate is formed in at least one of the substrate and the burner cylinder. The thickness of the cylinder forming plate that forms the burner cylinder and the thickness of the substrate are from the downstream end of the burner cylinder to the upstream side of the ejection opening that ejects the purge air in the purge air flow channel. And the range up to the second opening formation range dimension which is the shorter plate thickness dimension, and the range from the inner peripheral surface of the burner tube to the second opening formation range dimension in the radial direction. It may be formed in the 2nd opening formation range which consists of.
当該燃焼器では、パージ空気空間からのパージ空気が、第二開口形成範囲内に形成されているパージ空気流路の噴出開口から、バーナ筒内又は基板よりも下流側に噴出される。この第二開口形成範囲は、バーナ筒の下流端から上流側に向かって第二開口形成範囲の限界位置までの寸法、及び、バーナ筒の内周面から放射方向に向かって第二開口形成範囲の限界位置までの寸法が、前記第一開口形成範囲の対応寸法より短い。このため、当該燃焼器では、バーナ筒の下流端近傍に、パージ空気流路からのパージ空気が漂う量が多くなり、バーナ筒の下流端近傍に漂う可燃性気体中の可燃分がより少なくなる。 In the combustor, the purge air from the purge air space is jetted from the jet opening of the purge air flow path formed in the second opening formation range to the downstream side of the inside of the burner cylinder or the substrate than the burner opening. This second opening formation range is the dimension from the downstream end of the burner cylinder toward the upstream side to the limit position of the second opening formation range, and the second opening formation range from the inner peripheral surface of the burner cylinder toward the radial direction. The dimension to the limit position is shorter than the corresponding dimension of the first opening formation range. Therefore, in the combustor, the amount of purge air drifting from the purge air flow path increases near the downstream end of the burner cylinder, and the combustible content in the combustible gas drifting near the downstream end of the burner cylinder decreases. .
ここで、以上の一態様及び他の態様のいずれかの前記燃焼器において、前記噴出開口は、前記バーナ軸線を中心として環状に形成されていてもよい。 Here, in the combustor according to any one of the above one aspect and the other aspect, the ejection opening may be annularly formed around the burner axis.
当該燃焼器では、バーナ筒の下流端の全周にわたって、その近傍に漂う可燃性気体の量を少なくすることができる。 In the combustor, the amount of combustible gas drifting in the vicinity of the entire circumference of the downstream end of the burner cylinder can be reduced.
また、以上の一態様及び他の態様のいずれかの前記燃焼器において、前記噴出開口は、前記バーナ軸線を中心とした周方向に、互いに離間して複数形成されていてもよい。 Further, in the combustor according to any one of the one aspect and the other aspect, a plurality of the ejection openings may be formed apart from each other in a circumferential direction around the burner axis.
また、以上のいずれかの前記燃焼器において、前記パージ空気流路の前記パージ空気が流入する入口開口と前記噴出開口とのうち、少なくとも一方の開口は、前記バーナ軸線を中心とした周方向に、互いに離間して複数形成され、複数の前記一方の開口は、前記バーナ軸線を中心とした円弧状に形成されていてもよい。 Further, in any one of the above-described combustors, at least one of the inlet opening through which the purge air flows in the purge air flow passage and the ejection opening is circumferentially centered on the burner axis. A plurality of the openings may be formed apart from each other, and the plurality of the one openings may be formed in an arc shape around the burner axis.
当該燃焼器では、複数の一方の開口の相互間が、円弧状の一方の開口の内周縁と外周縁との間隔を確保するためのスペーサを成すので、一方の開口の内周縁と外周縁との間隔を容易に確保できる。 In the combustor, since a space between the plurality of one openings forms a spacer for securing a space between the inner peripheral edge and the outer peripheral edge of the arc-shaped one opening, the inner peripheral edge and the outer peripheral edge of the one opening Interval can be easily secured.
また、入口開口と噴出開口とのうち少なくとも一方の開口が周方向に互いに離間して複数形成されている前記燃焼器において、前記周方向における複数の前記一方の開口の相互間は、円弧状の前記一方の開口の内周縁と外周縁との間隔を確保するためのスペーサを成し、前記スペーサは、前記パージ空気空間側から前記噴出開口に近づくに連れて次第に前記周方向の幅が小さくなってもよい。 Further, in the combustor in which at least one of the inlet opening and the ejection opening is formed apart from each other in the circumferential direction, a gap between the plurality of the one openings in the circumferential direction is an arc shape. A spacer is provided to secure a distance between the inner peripheral edge and the outer peripheral edge of the one opening, and the spacer gradually decreases in width in the circumferential direction as it approaches the ejection opening from the purge air space side. May be
当該燃焼器では、スペーサの下流側に形成される渦を小さくすることができる。なお、ここでの下流側とは、パージ空気流路内のパージ空気の流れの下流側のことである。 In the combustor, the vortex formed on the downstream side of the spacer can be reduced. Here, the downstream side means the downstream side of the purge air flow in the purge air flow path.
また、以上のいずれかの前記燃焼器において、前記噴出開口は、前記基板と前記バーナ筒とを跨るように形成されていてもよい。 In any of the above combustors, the ejection opening may be formed to straddle the substrate and the burner cylinder.
当該燃焼器では、バーナ筒の下流端近傍に、パージ空気流路からのパージ空気が漂う量が多くなり、バーナ筒の下流端近傍に漂う可燃性気体中の可燃分をより少なくすることができる。 In the combustor, the amount of purge air drifting from the purge air flow path increases near the downstream end of the burner cylinder, and the combustible content in the combustible gas drifting near the downstream end of the burner cylinder can be reduced. .
また、以上のいずれかの前記燃焼器において、前記噴出開口は、前記バーナ筒に形成されていてもよい。 In any of the above combustors, the ejection opening may be formed in the burner cylinder.
当該燃焼器では、バーナ筒の下流端近傍に、パージ空気流路からのパージ空気が漂う量が多くなり、バーナ筒の下流端近傍に漂う可燃性気体中の可燃分をより少なくすることができる。 In the combustor, the amount of purge air drifting from the purge air flow path increases near the downstream end of the burner cylinder, and the combustible content in the combustible gas drifting near the downstream end of the burner cylinder can be reduced. .
また、以上のいずれかの前記燃焼器において、前記噴出開口は、前記基板に形成されていてもよい。 In any of the above combustors, the ejection opening may be formed in the substrate.
また、以上のいずれかの前記燃焼器において、前記パージ空気流路は、前記パージ空気空間側から前記噴出開口に近づくに連れて次第に前記バーナ軸線に近づくよう傾斜してもよい。 Further, in any of the above-described combustors, the purge air flow path may be inclined so as to gradually approach the burner axis as it approaches the ejection opening from the purge air space side.
当該燃焼器では、パージ空気が、噴出開口から下流側に向かうに連れて次第にバーナ軸線に近づく方向に噴射される。このため、当該燃焼器では、バーナ筒から噴出する可燃性気体のバーナ軸線に対する放射方向の広がりを抑えることができる。よって、当該燃焼器では、バーナ筒の下流端近傍に漂う可燃性気体中の可燃分をより少なくすることができる。 In the combustor, purge air is injected gradually in the direction approaching the burner axis as it goes downstream from the ejection opening. For this reason, in the combustor, the spread of the flammable gas ejected from the burner cylinder in the radial direction with respect to the burner axis can be suppressed. Therefore, in the combustor, the combustible content in the combustible gas drifting in the vicinity of the downstream end of the burner cylinder can be further reduced.
また、以上のいずれかの前記燃焼器において、前記バーナ筒の下流端部には、下流側に向かうに連れて、内径が次第に大きくなるようテーパ面が形成され、前記バーナ筒を形成する前記筒形成板の板厚方向における前記テーパ面のテーパ面形成幅が、前記筒形成板で前記テーパ面が形成されていない部分における板厚の半分以上であってもよい。 Further, in any one of the above combustors, at the downstream end portion of the burner cylinder, a tapered surface is formed so that the inner diameter gradually increases toward the downstream side, and the cylinder forming the burner cylinder The taper surface forming width of the tapered surface in the plate thickness direction of the forming plate may be half or more of the plate thickness in the portion where the tapered surface is not formed on the tube forming plate.
当該燃焼器では、バーナ筒内の可燃性気体がバーナ筒から噴出した直後でも、ほとんどが下流側に向かって滑らかに流れる。このため、当該燃焼器では、バーナ筒の下流端の下流側に形成される渦を小さくすることができる。 In the combustor, most of the combustible gas in the burner cylinder smoothly flows toward the downstream side even immediately after the flammable gas is ejected from the burner cylinder. Therefore, in the combustor, it is possible to reduce the vortices formed on the downstream side of the downstream end of the burner cylinder.
また、以上のいずれかの前記燃焼器において、前記基板には、前記パージ空気空間から前記基板の下流側に貫通する複数のパージ空気孔が形成されていてもよい。 In any of the above combustors, the substrate may be formed with a plurality of purge air holes penetrating from the purge air space to the downstream side of the substrate.
当該燃焼器では、基板の熱損傷等を抑えることができる。 In the combustor, thermal damage of the substrate can be suppressed.
また、以上のいずれかの前記燃焼器において、前記バーナ筒の下流側で前記バーナ軸線を中心とした周方向で燃料濃度が相対的に高い領域では、前記周方向における単位長さ当たりの前記噴出開口の面積が大きくなっていてもよい。 Further, in any one of the combustors described above, in the region where the fuel concentration is relatively high in the circumferential direction around the burner axis on the downstream side of the burner cylinder, the ejection per unit length in the circumferential direction The area of the opening may be large.
当該燃焼器では、前記バーナ筒の下流側で前記バーナ軸線を中心とした周方向で燃料濃度が相対的に高い領域では、噴出開口から噴出するパージ空気の流量を増加させることができる。このため、当該燃焼器では、バーナ筒の下流端近傍に火炎が形成される可能性を低下させることができる。 In the combustor, the flow rate of purge air ejected from the ejection opening can be increased in a region where the fuel concentration is relatively high in the circumferential direction centering on the burner axis downstream of the burner cylinder. Therefore, in the combustor, the possibility of the formation of a flame near the downstream end of the burner cylinder can be reduced.
また、上記目的を達成するための発明に係る他の態様としての燃焼器は、
バーナ軸線を中心とする棒状部分を有して、燃料を噴射するノズルと、筒状を成して前記ノズルの外周を囲み、前記バーナ軸線が延びる軸線方向の一方側である上流側から他方側である下流側に、空気と前記ノズルからの燃料とを噴出するバーナ筒と、前記バーナ筒の下流端部から、前記バーナ軸線を基準にした放射方向成分を有する方向に広がって、前記バーナ筒の外周側であって自身の下流側にパージ空気が流入するパージ空気空間を画定する基板と、を備え、前記基板には、前記パージ空気空間から前記基板の下流側に貫通する複数のパージ空気孔が形成され、前記バーナ筒の下流端部には、下流側に向かうに連れて、内径が次第に大きくなるようテーパ面が形成され、前記バーナ筒を形成する前記筒形成板の板厚方向における前記テーパ面のテーパ面形成幅が、前記筒形成板で前記テーパ面が形成されていない部分における板厚の半分以上である。
Further, a combustor as another aspect according to the invention for achieving the above object is as follows:
A nozzle having a rod-like portion centered on the burner axis, a nozzle for injecting fuel, and a tubular shape surrounding the outer periphery of the nozzle and extending from the upstream side which is one side in the axial direction from which the burner axis extends The burner cylinder which ejects the air and the fuel from the nozzle, and the downstream end of the burner cylinder in a direction having a radial component based on the burner axis, A plurality of purge airs penetrating from the purge air space to the downstream side of the substrate. A hole is formed, and a tapered surface is formed at the downstream end of the burner cylinder so that the inner diameter gradually increases toward the downstream side, and in the thickness direction of the cylinder forming plate forming the burner cylinder Said te Tapered surface formation width of tapered surface is not less than half the plate thickness in the barrel the tapered surface is forming plate is not formed partially.
当該燃焼器では、バーナ筒内の可燃性気体がバーナ筒から噴出した直後でも、ほとんどが下流側に向かって滑らかに流れる。このため、当該燃焼器では、バーナ筒の下流端の下流側に形成される渦を小さくすることができる。しかも、当該燃焼器では、パージ空気空間のパージ空気が基板の下流側に噴出される。よって、当該燃焼器では、バーナ筒の下流端近傍での可燃性気体の燃焼を抑えることができる。 In the combustor, most of the combustible gas in the burner cylinder smoothly flows toward the downstream side even immediately after the flammable gas is ejected from the burner cylinder. Therefore, in the combustor, it is possible to reduce the vortices formed on the downstream side of the downstream end of the burner cylinder. Moreover, in the combustor, the purge air in the purge air space is jetted downstream of the substrate. Therefore, in the combustor, combustion of combustible gas in the vicinity of the downstream end of the burner cylinder can be suppressed.
また、上記目的を達成するための発明に係る一態様としてのガスタービンは、
以上のいずれかの前記燃焼器と、空気を圧縮して、前記燃焼器に空気を供給する圧縮機と、前記燃焼器内での燃料の燃焼で形成された燃焼ガスにより駆動するタービンと、を備えている。
In addition, a gas turbine as one aspect according to the invention for achieving the above object is as follows:
Any of the above combustors, a compressor that compresses air and supplies air to the combustor, and a turbine that is driven by combustion gas formed by combustion of fuel in the combustor, Have.
本発明に係る一態様では、バーナ筒の熱損傷等が抑えられ、燃焼器の長寿命化を図ることができる。 In one aspect according to the present invention, thermal damage and the like of the burner cylinder can be suppressed, and the life of the combustor can be extended.
以下、本発明に係るガスタービンの一実施形態、さらにガスタービンが備えている燃焼器の各種変形例ついて、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of a gas turbine according to the present invention and various modifications of a combustor included in the gas turbine will be described in detail with reference to the drawings.
「実施形態」
本発明に係るガスタービンの実施形態について、図1〜図6を用いて説明する。
"Embodiment"
An embodiment of a gas turbine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施形態のガスタービンは、図1に示すように、外気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機1と、燃料Fを圧縮空気中で燃焼させ燃焼ガスを生成する複数の燃焼器4と、燃焼ガスにより駆動するタービン5と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the gas turbine of the present embodiment includes a compressor 1 that compresses outside air to generate compressed air, and a plurality of
圧縮機1は、回転軸線Arを中心として回転する圧縮機ロータ2と、圧縮機ロータ2を回転可能に覆う圧縮機ケーシング3と、を有する。タービン5は、回転軸線Arを中心として回転するタービンロータ6と、タービンロータ6を回転可能に覆うタービンケーシング7と、を有する。圧縮機ロータ2の回転軸線Arとタービンロータ6の回転軸線Arとは、同一直線上に位置している。この圧縮機ロータ2とこのタービンロータ6とは、互いに連結されてガスタービンロータ8を成している。また、圧縮機ケーシング3とタービンケーシング7とは、互いに連結されてガスタービンケーシング9を成している。
The compressor 1 includes a
ガスタービンロータ8には、例えば、発電機のロータが連結されている。また、ガスタービンケーシング9には、燃焼器4が固定されている。
For example, a generator rotor is connected to the
燃焼器4は、図2に示すように、内部で燃料Fが燃焼して、この燃料Fの燃焼の結果生成される燃焼ガスをタービン5の燃焼ガス流路に送る燃焼筒(又は尾筒)10と、燃焼筒10内に燃料F及び空気Aを噴出する燃料噴出器20と、を有する。
As shown in FIG. 2, the
燃焼筒10は、図3に示すように、燃焼器軸線Acを中心として円筒状を成し、燃料噴出器20から噴出した燃料が燃焼する燃焼領域19を形成する燃焼部11と、筒状を成し、燃料の燃焼で生成された燃焼ガスをタービン5の燃焼ガス流路に導く燃焼ガス案内部15と、を有する。ここで、燃焼器軸線Acが延びている方向を軸線方向Da、この軸線方向Daの一方側を上流側、他方側を下流側とする。燃焼筒10の燃焼ガス案内部15は、燃焼筒10の燃焼部11の下流側に形成されている。
As shown in FIG. 3, the
燃料噴出器20は、燃料と共に空気を噴出する複数のバーナ30と、複数のバーナ30を保持するバーナ保持筒21と、を備えている。
The
バーナ30は、燃焼器軸線Acと平行なバーナ軸線Abを中心として軸線方向Daに延びる棒状のノズル31と、このノズル31の外周を覆うバーナ筒33と、バーナ軸線Abを中心として圧縮空気を旋回させる複数の旋回板32と、を有する。
The
ノズル31には、燃料を噴射する噴射孔が形成されている。このノズル31には、複数の旋回板32が設けられている。各旋回板32は、ノズル31の外周から放射方向成分を含む方向に延びて、バーナ筒33の内周面に接続されている。バーナ筒33内には、その上流側から圧縮機1で圧縮された圧縮空気が流入する。バーナ筒33は、その下流端から、この圧縮空気と共に、ノズル31から噴射された燃料を噴出する。
The
なお、複数のバーナ30の全ては、バーナ筒33内で燃料と空気とを予混合して、これを予混合気体として噴出する予混合燃焼バーナであってもよいし、バーナ筒33内で燃料と空気とを予混合せずに、これらを噴出する拡散燃焼バーナであってもよい。また、複数のバーナ30のうち、一部のバーナが予混合燃焼バーナであり、残りのバーナが拡散燃焼バーナであってもよい。
Note that all of the plurality of
また、バーナ30が予混合燃焼バーナである場合、旋回板32に燃料を噴射する噴射孔を形成し、ここからバーナ筒33内に燃料を噴射してもよい。この場合、以上で説明した棒状のノズル31に相当する部分がハブ棒を成し、ノズルは、このハブ棒と複数の旋回板32とを有して形成されることになる。ハブ棒内には、外部からの燃料が供給され、このハブ棒から旋回板32に燃料が供給される。バーナ30は、以上のように、予混合燃焼バーナであっても、拡散燃焼バーナであっても、燃料と空気とを含む可燃性気体を噴出する。
When the
燃料噴出器20は、さらに、各バーナ筒33の下流端部から、各バーナ軸線Abを基準にした放射方向に広がる基板22を備えている。この基板22は、燃焼器軸線Acを中心として円板状でその外周縁は、バーナ保持筒21に接続されている。この基板22は、各バーナ筒33の外周側であって自身の上流側にパージ空気Paが流入するパージ空気空間29を画定すると共に、自身の下流側に前述の燃焼領域19を画定する。
The
基板22には、図4及び図5に示すように、パージ空気空間29から燃焼領域19に貫通する複数のパージ空気孔25が形成されている。さらに、基板22及び各バーナ筒33には、これらを跨るように、パージ空気空間29から燃焼領域19に貫通するパージ空気スリット(パージ空気流路)40が形成されている。このパージ空気スリット40のパージ空気空間29側の開口である入口開口41は、基板22の上流側面23に形成されている。また、このパージ空気スリット40の噴出開口42は、バーナ筒33の下流端部の角部に形成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, a plurality of purge air holes 25 penetrating from the
パージ空気スリット40は、バーナ軸線Abを中心として筒状である。よって、このパージ空気スリット40の入口開口41及び噴出開口42は、いずれも、バーナ軸線Abを中心として環状である。また、このパージ空気スリット40は、バーナ軸線Abを含む仮想平面内の流路が入口開口41から噴出開口42に向かうに連れて次第にバーナ軸線Abに近づくよう傾斜し、直線状である。
The purge air slit 40 is cylindrical with the burner axis Ab as the center. Therefore, both the
噴出開口42は、前述したように、バーナ筒33の下流端部の角部、つまり、バーナ筒33の内周面とバーナ筒33の下流端面34との角部に形成されている。よって、この噴出開口42は、バーナ筒33の下流端面34から上流側に向かって第一開口形成範囲寸法tb分までの範囲と、バーナ筒33の内周面から放射方向に向かって第一開口形成範囲寸法tb分までの範囲とから成る第一開口形成範囲内に形成されている。なお、第一開口形成範囲寸法とは、バーナ筒33を形成する筒形成板35の板厚寸法taと基板22の板厚寸法tbとのうちで長い方の板厚寸法である。また、ここでは、筒形成板35の板厚寸法taは、基板22の板厚寸法tbよりも短い。よって、ここでの第一開口形成範囲寸法は、基板22の板厚寸法tbである。さらに、この噴出開口42は、バーナ筒33の下流端面34から上流側に向かって第二開口形成範囲寸法ta分までの範囲と、バーナ筒33の内周面から放射方向に向かって第二開口形成範囲寸法ta分までの範囲とから成る第二開口形成範囲内に形成されている。なお、第二開口形成範囲寸法とは、バーナ筒33を形成する筒形成板35の板厚寸法taと基板22の板厚寸法tbとのうちで短い方の板厚寸法である。よって、ここでの第二開口形成範囲寸法は、筒形成板35の板厚寸法taである。
As described above, the ejection opening 42 is formed at the corner of the downstream end of the
ここで、図6を用いて、バーナ筒33と基板22とのいずれにもパージ空気スリットが形成されていない比較例での気体の流れについて説明する。
Here, the flow of gas in a comparative example in which the purge air slit is not formed in any of the
比較例のバーナ筒33xからは、可燃性気体IGが燃焼筒10(図3参照)の燃焼領域19内に噴出される。
From the
バーナ筒33x及び基板22xにパージ空気スリットが形成されていない場合、バーナ筒33xの下流端面34の下流側には、バーナ筒33x内を流れてきた可燃性気体IGの渦流が形成される。
When the purge air slit is not formed in the
このように、バーナ筒33xの下流端面34の下流側に、可燃性気体IGの渦流が形成されると、バーナ筒33xの下流端面34近傍及び基板22xのバーナ筒33x寄りの下流側面24近傍に火炎が形成される可能性が高まり、燃焼器の運転状態によっては、バーナ筒33xの下流端面34近傍、及び基板22xのバーナ筒33x寄りの下流側面24近傍に火炎が形成されることもある。このため、バーナ筒33xの下流端部及び基板22xのバーナ筒33x寄り部分が高温環境中に置かれることになり、バーナ筒33xや基板22xが熱損傷等を受け、これらの寿命が短くなる。
As described above, when a vortex of the combustible gas IG is formed on the downstream side of the
一方、本実施形態では、基板22からバーナ筒33に跨るパージ空気スリット40を形成し、しかも、その噴出開口42をバーナ筒33の下流端部の角部に形成している。また、パージ空気スリット40は、バーナ軸線Abを含む仮想平面内の流路が入口開口41から噴出開口42に向かうに連れて次第にバーナ軸線Abに近づくよう傾斜している。このため、パージ空気空間29からのパージ空気Paが、バーナ筒33の下流端部の角部から燃焼領域19内に、下流側に向かうに連れて次第にバーナ軸線Abに近づく方向に噴出される。よって、本実施形態では、バーナ筒33の下流端面34の下流側に、可燃性気体IGの渦流が実質的に形成されないばかりか、バーナ筒33から噴出する可燃性気体IGのバーナ軸線Abに対する放射方向の広がりを抑えることができる。また、バーナ筒33から噴出した可燃性気体IGの一部が仮にバーナ筒33の下流端面34近傍に漂ったとしても、この可燃性気体IG中の可燃分はパージ空気Paにより薄められる。言い換えると、バーナ筒33の下流端近傍に、パージ空気スリット40からのパージ空気Paが漂い、バーナ筒33の下流端近傍に漂う可燃性気体IG中の可燃分が少なくなる。
On the other hand, in this embodiment, the purge air slit 40 extending from the
従って、本実施形態では、バーナ筒33の下流端近傍での可燃性気体IGの燃焼を抑えることができる。このため、本実施形態では、バーナ筒33や基板22の熱損傷等を抑えることができ、これらの寿命を長くすることができる。
Therefore, in the present embodiment, the combustion of the combustible gas IG near the downstream end of the
「燃焼器の第一変形例」
上記実施形態における燃焼器の第一変形例について、図7を用いて説明する。
“First variation of combustor”
A first modification of the combustor in the above embodiment will be described with reference to FIG.
本変形例の燃焼器は、上記実施形態の燃焼器におけるパージ空気スリット40の形状を変更したもので、その他の構成に関しては上記実施形態の燃焼器と同一である。 The combustor of this modification is obtained by changing the shape of the purge air slit 40 in the combustor of the above-described embodiment, and is otherwise the same as the combustor of the above-described embodiment.
本変形例におけるパージ空気スリット40aの入口開口41aは、基板22の上流側面23に形成されている。また、このパージ空気スリット40aの噴出開口42aは、バーナ筒33の下流端面34に形成されている。よって、この噴出開口42aは、上記実施形態と同様、バーナ筒33の内周面から放射方向へ筒形成板35の板厚寸法ta分の位置までの第二開口形成範囲内に形成されている。
The inlet opening 41 a of the purge air slit 40 a in the present modification is formed on the
パージ空気スリット40aは、基板22内を入口開口41aから下流側に向かって延びる第一流路45aと、第一流路45aの下流端から基板22及びバーナ筒33を形成する筒形成板35内をバーナ軸線Abに対する径方向内側に向かって延びる第二流路46aと、第二流路46aの径方向内側端から筒形成板35内を下流側に向かって延び噴出開口42aを開口とする第三流路47aとを有して形成されている。すなわち、このパージ空気スリット40aは、バーナ軸線Abを含む仮想平面内の流路がクランク状を成している。
The
本変形例では、基板22からバーナ筒33に跨るパージ空気スリット40aを形成し、しかも、その噴出開口42aをバーナ筒33の下流端面34に形成している。また、噴出開口42aを開口とする第三流路47aが下流側に向かって延びている。このため、パージ空気空間29からのパージ空気Paが、バーナ筒33の下流端面34から燃焼領域19内に、下流側に向かって噴出される。よって、本変形例でも、上記実施形態と同様、バーナ筒33の下流端面34の下流側に、可燃性気体IGの渦流が実質的に形成されないばかりか、バーナ筒33から噴出する可燃性気体IGのバーナ軸線Abに対する放射方向の広がりを抑えることができる。また、バーナ筒33から噴出した可燃性気体IGの一部が仮にバーナ筒33の下流端面34近傍に漂ったとしても、この可燃性気体IG中の可燃分はパージ空気Paにより薄められる。
In this modification, a purge air slit 40 a extending from the
従って、本変形例でも、バーナ筒33や基板22の熱損傷等を抑え、これらの寿命を長くすることができる。
Therefore, in the present modification as well, thermal damage and the like of the
「燃焼器の第二変形例」
上記実施形態における燃焼器の第二変形例について、図8を用いて説明する。
"Second variation of combustor"
A second modification of the combustor in the embodiment will be described with reference to FIG.
本変形例の燃焼器も、上記実施形態の燃焼器におけるパージ空気スリット40の形状を変更したもので、その他の構成に関しては上記実施形態の燃焼器と同一である。 The combustor of this modification is also a modification of the shape of the purge air slit 40 in the combustor of the above embodiment, and the other configurations are the same as those of the combustor of the above embodiment.
本変形例におけるパージ空気スリット40bの入口開口41bは、バーナ筒33の外周面に形成されている。また、このパージ空気スリット40bの噴出開口42bは、バーナ筒33の内周面に形成されている。この噴出開口42bは、バーナ筒33の内周面であって、バーナ筒33の下流端面34から上流側へ筒形成板35の板厚寸法ta分の位置までの第二開口形成範囲内に形成されている。
The
パージ空気スリット40bは、筒形成板35内を入口開口41bから下流側に向かって延びる第一流路45bと、第一流路45bの下流端から筒形成板35内をバーナ軸線Abに対する径方向内側に向かって延び噴出開口42bを開口とする第二流路46bとを有して形成されている。すなわち、このパージ空気スリット40bも、第一変形例と同様、バーナ軸線Abを含む仮想平面内の流路がクランク状を成している。
The
本変形例では、バーナ筒33にパージ空気スリット40bを形成し、しかも、その噴出開口42bをバーナ筒33の内周面であって第二開口形成範囲内に形成している。また、噴出開口42bを開口とする第二流路46bがバーナ軸線Abに対する径方向内側に向かって延びている。このため、パージ空気空間29からのパージ空気Paが、バーナ筒33の内周面であって第二開口形成範囲内から径方向内側に向かってバーナ筒33内に噴出される。このパージ空気Paは、バーナ筒33内を下流側に流れる可燃性気体IGにより、その流れが下流側に向かう流れに変わる。一方、可燃性気体IGは、バーナ筒33の内周面であって第二開口形成範囲内から径方向内側に向かって噴出されるパージ空気Paにより、バーナ軸線Abに近づく側に押される。よって、本変形例でも、上記実施形態と同様、バーナ筒33の下流端面34の下流側に、可燃性気体IGの渦流が実質的に形成されないばかりか、バーナ筒33から噴出する可燃性気体IGのバーナ軸線Abに対する放射方向の広がりを抑えることができる。また、バーナ筒33から噴出した可燃性気体IGの一部が仮にバーナ筒33の下流端面34近傍に漂ったとしても、この可燃性気体IG中の可燃分はパージ空気Paにより薄められる。
In this modification, the
従って、本変形例でも、バーナ筒33や基板22の熱損傷等を抑え、これらの寿命を長くすることができる。
Therefore, in the present modification as well, thermal damage and the like of the
「燃焼器の第三変形例」
上記実施形態における燃焼器の第三変形例について、図9を用いて説明する。
"Third modification of combustor"
A third modification of the combustor in the embodiment will be described with reference to FIG.
本変形例の燃焼器も、上記実施形態の燃焼器におけるパージ空気スリット40の形状を変更したもので、その他の構成に関しては上記実施形態の燃焼器と同一である。 The combustor of this modification is also a modification of the shape of the purge air slit 40 in the combustor of the above embodiment, and the other configurations are the same as those of the combustor of the above embodiment.
本変形例におけるパージ空気スリット40cの入口開口41cは、バーナ筒33の外周面に形成されている。また、このパージ空気スリット40cの噴出開口42cは、バーナ筒33の下流端面34に形成されている。よって、この噴出開口42cは、上記実施形態と同様、バーナ筒33の内周面から放射方向へ筒形成板35の板厚寸法ta分の位置までの第二開口形成範囲内に形成されている。
The
パージ空気スリット40cは、筒形成板35内を入口開口41cから下流側に向かって直線的に延び、噴出開口42cを開口とする流路のみで形成されている。
The
本変形例では、バーナ筒33にパージ空気スリット40cを形成し、しかも、その噴出開口42cをバーナ筒33の下流端面34に形成している。また、パージ空気スリット40cにおける、噴出開口42cを開口とする流路が下流側に向かって延びている。このため、パージ空気空間29からのパージ空気Paが、バーナ筒33の下流端面34から燃焼領域19内に、下流側に向かって噴出される。よって、本変形例でも、上記実施形態及び第一変形例と同様、バーナ筒33の下流端面34の下流側に、可燃性気体IGの渦流が実質的に形成されないばかりか、バーナ筒33から噴出する可燃性気体IGのバーナ軸線Abに対する放射方向の広がりを抑えることができる。また、バーナ筒33から噴出した可燃性気体IGの一部が仮にバーナ筒33の下流端面34近傍に漂ったとしても、この可燃性気体IG中の可燃分はパージ空気Paにより薄められる。
In this modification, the purge air slit 40 c is formed in the
従って、本変形例でも、バーナ筒33や基板22の熱損傷等を抑え、これらの寿命を長くすることができる。
Therefore, in the present modification as well, thermal damage and the like of the
また、本変形例では、パージ空気スリット40cが、筒形成板35内を直線的に延びる流路のみで形成されているので、第一及び第二変形例におけるパージ空気スリット40a,40bよりも形成が容易である。
Further, in this modification, since the
「燃焼器の第四変形例」
上記実施形態における燃焼器の第四変形例について、図10を用いて説明する。
"Fourth variation of combustor"
A fourth modification of the combustor in the embodiment will be described with reference to FIG.
本変形例の燃焼器は、上記実施形態の燃焼器におけるパージ空気スリット40の配置を変更したもので、その他の構成に関しては上記実施形態の燃焼器と同一である。 The combustor of this modification is obtained by changing the arrangement of the purge air slit 40 in the combustor of the above embodiment, and the other configurations are the same as those of the combustor of the above embodiment.
本変形例におけるパージ空気スリット40dの入口開口41dは、基板22の上流側面23に形成されている。また、このパージ空気スリット40dの噴出開口42dは、基板22の下流側面24に形成されている。この噴出開口42dは、基板22の下流側面24であって、バーナ筒33の内周面から放射方向へ基板22の板厚寸法tb分の位置までの第一開口形成範囲内に形成されている。パージ空気スリット40dは、バーナ軸線Abを含む仮想平面内の流路が入口開口41dから噴出開口42dに向かうに連れて次第にバーナ軸線Abに近づくよう傾斜し、直線状である。
The
本変形例では、基板22にパージ空気スリット40dを形成し、しかも、その噴出開口42dを基板22の下流側面24であって第一開口形成範囲内に形成している。また、パージ空気スリット40dにおける、バーナ軸線Abを含む仮想平面内の流路が入口開口41dから噴出開口42dに向かうに連れて次第にバーナ軸線Abに近づくよう傾斜している。このため、パージ空気空間29からのパージ空気Paが、基板22の下流側面24であって第一開口形成範囲内から、下流側に向かうに連れて次第にバーナ軸線Abに近づく方向に噴出される。よって、本変形例では、バーナ筒33の下流端面34の下流側に、可燃性気体IGの渦流が実質的に形成されないばかりか、バーナ筒33から噴出する可燃性気体IGのバーナ軸線Abに対する放射方向の広がりを抑えることができる。また、バーナ筒33から噴出した可燃性気体IGの一部が仮にバーナ筒33の下流端面34近傍に漂ったとしても、この可燃性気体IG中の可燃分はパージ空気Paにより薄められる。言い換えると、バーナ筒33の下流端近傍に、パージ空気スリット44dからのパージ空気Paが漂い、バーナ筒33の下流端近傍に漂う可燃性気体IG中の可燃分が少なくなる。このため、本変形例でも、バーナ筒33の下流端近傍での可燃性気体IGの燃焼を抑えることができる。
In this modification, the
以上のように、パージ空気スリット40dの噴出開口42dは、第二開口形成範囲内に形成されていなくても、この範囲よりも広い第一開口形成範囲内に形成されていれば、バーナ筒33の下流端近傍での可燃性気体IGの燃焼を抑えることができる。このため、本変形例では、バーナ筒33や基板22の熱損傷等を抑えることができ、これらの寿命を長くすることができる。従って、前述した第一変形例、第二変形例、第三変形例、後述の第五変形例においても、パージ空気スリットの噴出開口を第一開口形成範囲内に形成してもよい。
As described above, even if the ejection opening 42d of the
「燃焼器の第五変形例」
上記実施形態における燃焼器の第五変形例について、図11を用いて説明する。
"Fifth modification of combustor"
A fifth modification of the combustor in the embodiment will be described with reference to FIG.
上記実施形態及び以上の各変形例の燃焼器は、バーナ筒33の下流端面34と基板22の下流側面24とが面一である。一方、本変形例の燃焼器は、バーナ筒33の下流端面34が基板22の下流側面24よりも下流側に突出している。
In the combustor according to the above-described embodiment and each of the modifications described above, the
本変形例におけるパージ空気スリット40eの入口開口41eは、基板22の上流側面23に形成されている。また、このパージ空気スリット40eの噴出開口42eは、バーナ筒33の内周面に形成されている。この噴出開口42eは、バーナ筒33の内周面であって、バーナ筒33の下流端面34から上流側へ筒形成板35の板厚寸法ta分の位置までの第二開口形成範囲内に形成されている。パージ空気スリット40eは、バーナ軸線Abを含む仮想平面内の流路が入口開口41eから噴出開口42eに向かうに連れて次第にバーナ軸線Abに近づくよう傾斜し、直線状である。
The
本変形例では、基板22からバーナ筒33に跨るパージ空気スリット40eを形成し、しかも、その噴出開口42eをバーナ筒33の内周面であって第二開口形成範囲内に形成している。また、パージ空気スリット40eにおける、バーナ軸線Abを含む仮想平面内の流路が入口開口41eから噴出開口42eに向かうに連れて次第にバーナ軸線Abに近づくよう傾斜している。このため、パージ空気空間29からのパージ空気Paが、バーナ筒33の内周面であって第二開口形成範囲内から、下流側に向かうに連れて次第にバーナ軸線Abに近づく方向に噴出される。よって、本変形例では、バーナ筒33の下流端面34の下流側に、可燃性気体IGの渦流が実質的に形成されないばかりか、バーナ筒33から噴出する可燃性気体IGのバーナ軸線Abに対する放射方向の広がりを抑えることができる。また、バーナ筒33から噴出した可燃性気体IGの一部が仮にバーナ筒33の下流端面34近傍に漂ったとしても、この可燃性気体IG中の可燃分はパージ空気Paにより薄められる。
In this modification, a
以上のように、バーナ筒33の下流端面34と基板22の下流側面24とが面一でなくても、第二開口形成範囲内又はこれよりも広い第一開口形成範囲内にパージ空気スリットの噴出開口が形成されていれば、バーナ筒33や基板22の熱損傷等を抑え、これらの寿命を長くすることができる。従って、前述した実施形態、第一変形例〜第四変形例においても、バーナ筒33の下流端面34と基板22の下流側面24とが面一でなくてよい。
As described above, even if the
「燃焼器の第六変形例」
上記実施形態における燃焼器の第六変形例について、図12及び図13を用いて説明する。
"Sixth variation of combustor"
A sixth modification of the combustor in the embodiment will be described with reference to FIGS. 12 and 13.
上記実施形態におけるパージ空気スリット40の入口開口41及び噴出開口42は、いずれも、バーナ軸線Abを中心として環状である。一方、本変形例におけるパージ空気スリット40fの入口開口41f及び噴出開口42fは、いずれも、バーナ軸線Abを中心とした周方向Dcに、互いに離間して複数形成されている。また、複数の入口開口41f及び複数の噴出開口42fは、いずれも、バーナ軸線Abを中心として円弧状に形成されている。よって、本変形例におけるパージ空気スリット40fは、バーナ軸線Abを中心とした周方向Dcに、互いに離間して複数形成されている。周方向Dcにおける複数のパージ空気スリット40fの相互間は、円弧状の入口開口41fの内周縁と外周縁との間隔、及び円弧状の噴出開口42fの内周縁と外周縁との間隔を確保するためのスペーサ48fを成している。
The
本変形例におけるパージ空気スリット40fの入口開口41fは、上記実施形態と同様、基板22の上流側面23(図4参照)に形成されている。また、このパージ空気スリット40fの噴出開口42fは、上記実施形態と同様、バーナ筒33の下流端部の角部に形成されている。また、このパージ空気スリット40fは、バーナ軸線Abを含む仮想平面内の流路が入口開口41fから噴出開口42fに向かうに連れて次第にバーナ軸線Abに近づくよう傾斜し、直線状である。よって、本変形例の燃焼器は、上記実施形態の燃焼器にスペーサ48fを追加したもので、その他の構成に関しては上記実施形態の燃焼器と同一である。
The
したがって、本変形例でも、上記実施形態と基本的に同様に、バーナ筒33や基板22の熱損傷等を抑え、これらの寿命を長くすることができる。
Therefore, also in this modified example, the thermal damage of the
また、本変形例では、スペーサ48fを設けているので、円弧状の入口開口41fの内周縁と外周縁との間隔、及び円弧状の噴出開口42fの内周縁と外周縁との間隔を容易に確保することができる。
Further, in this modification, since the
但し、本変形例では、スペーサ48fを設けているため、スペーサ48fの下流側に小さな渦が形成される。なお、スペーサ48fの下流側とは、パージ空気スリット40f内におけるパージ空気Paの流れの下流側である。そこで、スペーサ48fは、周方向Dcの幅寸法を小さくするか、図13に示すように、周方向Dcの幅寸法が下流側(噴出開口42f側)に向かうに連れて次第に小さくなるよう形成し、スペーサ48fの下流側に形成される渦をより小さくすることが好ましい。
However, in this modification, since the
なお、本変形例では、入口開口41f及び噴出開口42fが、いずれも、バーナ軸線Abを中心とした周方向Dcに、互いに離間して複数形成されている。しかしながら、入口開口41fと噴出開口42fとのうち、一方の開口のみが周方向Dcに、互いに離間して複数形成され、他方の開口がバーナ軸線Abを中心として環状に形成されていてもよい。
In the present modification, a plurality of
また、本変形例は、上記実施形態の燃焼器にスペーサ48fを追加したものであるが、前述の第一変形例〜第五変形例の燃焼器に、同様のスペーサを追加してもよい。
Moreover, although this modification adds the
また、本変形例では、スペーサ48fが周方向Dcに等間隔で配置されている。しかしながら、可燃性気体IGの周方向Dcの燃料濃度分布が相対的に高い領域では、周方向Dcにおける単位長さ当たりの噴出開口の面積を他の領域に比べて大きくしてもよい。周方向Dcにおける単位長さ当たりの噴出開口の面積を大きくする方法としては、例えば、隣り合うスペーサ48fの間隔を広げる方法や、あるいはスペーサ48fの周方向Dcの厚さを小さくする方法などがある。この結果、燃料濃度分布が相対的に高い領域におけるパージ空気流量が増加し、バーナ筒33の下流端近傍に火炎が形成される可能性を低下させることができる。
In this modification, the
同様の趣旨で、スペーサが設けられておらず、噴出開口が環状を成しているものでも、可燃性気体IGの周方向Dcの燃料濃度分布が相対的に高い領域では、周方向Dcにおける単位長さ当たりの噴出開口の面積を他の領域に比べて大きくしてもよい。周方向Dcにおける単位長さ当たりの噴出開口の面積を大きくする方法としては、例えば、径方向における噴出開口の幅を広げる方法などがある。 For the same purpose, in the region where the fuel concentration distribution in the circumferential direction Dc of the combustible gas IG is relatively high even if the spacer is not provided and the ejection opening has an annular shape, the unit in the circumferential direction Dc The area of the jet opening per length may be larger than that of the other area. As a method of increasing the area of the ejection opening per unit length in the circumferential direction Dc, for example, there is a method of increasing the width of the ejection opening in the radial direction.
「燃焼器の第七変形例」
上記実施形態における燃焼器の第七変形例について、図14を用いて説明する。
"Seventh Variation of Combustor"
A seventh modification of the combustor in the above embodiment will be described with reference to FIG.
上記実施形態及び上記変形例では、パージ空気流路として、環状、あるいは互いに離間したスリット状の流路が設けられているが、これに限定されない。例えば、図14に示すように、パージ空気流路として、バーナ軸線Abを中心とした周方向Dcに、互いに離間した複数のパージ空気貫通孔40gを設けてもよい。
Although annular or slit-like flow paths separated from each other are provided as the purge air flow path in the embodiment and the modification, the invention is not limited thereto. For example, as shown in FIG. 14, a plurality of purge air through
本変形例におけるパージ空気貫通孔40gの噴出開口42gは、バーナ筒33の下流端部の角部に形成されている。その他の構成に関しては上記実施形態の燃焼器と同一である。
The
したがって、本変形例でも、上記実施形態と基本的に同様に、バーナ筒33や基板22の熱損傷等を抑え、これらの寿命を長くすることができる。
Therefore, also in this modified example, the thermal damage of the
また、本変形例は、図4及び図5に示す上記実施形態におけるパージ空気流路としてのパージ空気スリット40に代えて、パージ空気流路としての複数のパージ空気貫通孔40gを設けたものである。しかしながら、前述の第一変形例〜第六変形例の燃焼器のパージ空気スリットに代えて、複数のパージ空気貫通孔を設けてもよい。
Moreover, this modification is provided with a plurality of purge air through
さらに、本変形例では、図14に示すように、パージ空気貫通孔40gおよび噴出開口42gが互いに同一直径で周方向Dcに等間隔で配置されている。しかしながら、可燃性気体IGの周方向の燃料濃度分布が相対的に高い領域では、周方向Dcにおける単位長さ当たりの噴出開口の面積を他の領域に比べて大きくしてもよい。周方向Dcにおける単位長さ当たりの噴出開口の面積を大きくする方法としては、例えば、パージ空気貫通孔40gおよび噴出開口42gの径を大きくする方法や、その数量を増加させる方法がある。この結果、燃料濃度分布が相対的に高い領域におけるパージ空気流量が増加し、バーナ筒33の下流端近傍に火炎が形成される可能性を低下させることができる。
Furthermore, in this modification, as shown in FIG. 14, the purge air through
「燃焼器の第八変形例」
上記実施形態における燃焼器の第八変形例について、図15を用いて説明する。
"Eighth modification of combustor"
An eighth modification of the combustor in the above embodiment will be described with reference to FIG.
本変形例の燃焼器は、バーナ筒33と基板22とのいずれにもパージ空気スリットが形成されていない代わりに、バーナ筒33の下流端部に、下流側に向かうに連れて内径が次第に大きくなるようテーパ面36が形成されているものである。バーナ筒33を形成する筒形成板35の板厚方向におけるテーパ面36のテーパ面形成幅twは、筒形成板35でテーパ面36が形成されていない部分における板厚taの半分以上である。
The combustor according to the present modification has an inner diameter that gradually increases toward the downstream side at the downstream end of the
本変形例のように、バーナ筒33の下流端部にテーパ面36を形成することにより、バーナ筒33内の可燃性気体IGがバーナ筒33から噴出した直後でも、ほとんどが下流側に向かって滑らかに流れる。このため、バーナ筒33の下流端の下流側には、可燃性気体IGの渦流が形成され難くなり、バーナ筒33の下流端近傍に火炎が形成される可能性を低下させることができる。このため、本変形例でも、バーナ筒33及び基板22の熱損傷等が抑えられ、これらの寿命を長くすることができる。
By forming the tapered
ところで、渦流発生の抑制効果は、バーナ筒33の下流端部に僅かでもテーパ面36が形成されていると多少なりとも期待できる。しかしながら、テーパ面36の板厚方向におけるテーパ面形成幅twが、筒形成板35でテーパ面36が形成されていない部分における板厚taの半分未満であると、バーナ筒33の下流端の下流側に、可燃性気体IGの渦流が形成され易くなる。しかも、この渦流により、バーナ筒33の下流端近傍に火炎が形成される可能性が高くなる。
By the way, the effect of suppressing the generation of eddy currents can be expected to some extent if the tapered
これに対して、テーパ面36の板厚方向におけるテーパ面形成幅twが、筒形成板35でテーパ面36が形成されていない部分における板厚taの半分以上であると、バーナ筒33の下流端の下流側に、可燃性気体IGの渦流が形成されたとしてもその大きさが小さくなる。このように、小さい渦流では、バーナ筒33の下流端近傍に火炎が形成される可能性が極めて小さくなる。このため、本変形例では、テーパ面36の板厚方向におけるテーパ面形成幅twを、筒形成板35でテーパ面36が形成されていない部分における板厚taの半分以上にしている。
On the other hand, when the tapered surface forming width tw in the plate thickness direction of the tapered
なお、本変形例におけるテーパ面36は、バーナ軸線Abを含み且つこのテーパ面36を横切る仮想平面上の形状が直線であるが、下流側に向かうに連れてバーナ筒33の内径を次第に大きくする面であれば、バーナ軸線Abを含み且つこの面を横切る仮想平面上の形状が曲線であってもよい。
The tapered
また、本変形例は、バーナ筒33と基板22とのいずれにもパージ空気流路が形成されていない例であるが、本変形例においても、上記実施形態及び第一変形例〜第七変形例のように、バーナ筒33と基板22とのうち、少なくとも一方にパージ空気流路を形成してもよい。
In addition, the present modification is an example in which the purge air flow path is not formed in either the
1:圧縮機、4:燃焼器、5:タービン、10:燃焼筒、11:燃焼部、15:燃焼ガス案内部、19:燃焼領域、20:燃料噴出器、22:基板、23:上流側面、24:下流側面、25:パージ空気孔、29:パージ空気空間、30:バーナ、31:ノズル、32:旋回板、33:バーナ筒、34:下流端面、35:筒形成板、36:テーパ面、40,40a,40b,40c,40d,40e,40f:パージ空気スリット(パージ空気流路)、40g:パージ空気貫通孔(パージ空気流路)、41,41a,41b,41c,41d,41e,41f:入口開口、42,42a,42b,42c,42d,42e,42f,42g:噴出開口、48f:スペーサ、Ab:バーナ軸線、Ac:燃焼器軸線、Da:軸線方向、Dc:周方向、IG:可燃性気体、Pa:パージ空気
1: compressor, 4: combustor, 5: turbine, 10: combustion cylinder, 11: combustion section, 15: combustion gas guide section, 19: combustion region, 20: fuel injector, 22: substrate, 23: upstream side surface , 24: downstream side, 25: purge air hole, 29: purge air space, 30: burner, 31: nozzle, 32: swirl plate, 33: burner cylinder, 34: downstream end surface, 35: cylinder forming plate, 36:
Claims (14)
筒状を成して前記ノズルの外周を囲み、前記バーナ軸線が延びる軸線方向の一方側である上流側から他方側である下流側に、空気と前記ノズルからの燃料とを噴出するバーナ筒と、
前記バーナ筒の下流端部から、前記バーナ軸線を基準にした放射方向成分を有する方向に広がって、前記バーナ筒の外周側であって自身の上流側にパージ空気が流入するパージ空気空間を画定する基板と、
を備え、
前記パージ空気空間中の前記パージ空気を前記バーナ筒内に又は前記基板よりも下流側に噴出するパージ空気流路が、前記基板と前記バーナ筒とのうち少なくとも一方に形成され、
前記パージ空気流路の前記パージ空気を噴出する噴出開口は、前記バーナ筒の下流端から上流側に向かって、前記バーナ筒を形成する筒形成板の板厚寸法と前記基板の板厚寸法とのうちで長い方の板厚寸法である第一開口形成範囲寸法分までの範囲と、前記バーナ筒の内周面から前記放射方向に向かって前記第一開口形成範囲寸法分までの範囲とから成る第一開口形成範囲内に形成されている、
燃焼器。 A nozzle having a rod-like portion centered on the burner axis and injecting fuel;
A burner cylinder which forms a cylindrical shape and surrounds the outer periphery of the nozzle, and which jets air and fuel from the nozzle from the upstream side, which is one side in the axial direction along which the burner axis extends, to the downstream side, which is the other side ,
From the downstream end of the burner cylinder, it spreads in a direction having a radial component based on the burner axis, and defines a purge air space into which purge air flows in the outer peripheral side of the burner cylinder and upstream of itself. A substrate to be
Equipped with
A purge air flow path for ejecting the purge air in the purge air space into the burner cylinder or downstream of the substrate is formed in at least one of the substrate and the burner cylinder;
The thickness of the cylinder forming plate that forms the burner cylinder and the thickness of the substrate are from the downstream end of the burner cylinder to the upstream side of the ejection opening that ejects the purge air in the purge air flow channel. Among these, from the range up to the first opening formation range dimension, which is the longer plate thickness dimension, and the range from the inner peripheral surface of the burner tube to the first opening formation range dimension in the radial direction Formed in the first opening forming area,
Burner.
筒状を成して前記ノズルの外周を囲み、前記バーナ軸線が延びる軸線方向の一方側である上流側から他方側である下流側に、空気と前記ノズルからの燃料とを噴出するバーナ筒と、
前記バーナ筒の下流端部から、前記バーナ軸線を基準にした放射方向成分を有する方向に広がって、前記バーナ筒の外周側であって自身の上流側にパージ空気が流入するパージ空気空間を画定する基板と、
を備え、
前記パージ空気空間中の前記パージ空気を前記バーナ筒内に又は前記基板よりも下流側に噴出するパージ空気流路が、前記基板と前記バーナ筒とのうち少なくとも一方に形成され、
前記パージ空気流路の前記パージ空気を噴出する噴出開口は、前記バーナ筒の下流端から上流側に向かって、前記バーナ筒を形成する筒形成板の板厚寸法と前記基板の板厚寸法とのうちで短い方の板厚寸法である第二開口形成範囲寸法分までの範囲と、前記バーナ筒の内周面から前記放射方向に向かって前記第二開口形成範囲寸法分までの範囲とから成る第二開口形成範囲内に形成されている、
燃焼器。 A nozzle having a rod-like portion centered on the burner axis and injecting fuel;
A burner cylinder which forms a cylinder and surrounds the outer periphery of the nozzle, and jets air and fuel from the nozzle from the upstream side which is one side in the axial direction in which the burner axis extends to the downstream side which is the other side; ,
From the downstream end of the burner cylinder, it spreads in a direction having a radial component based on the burner axis, and defines a purge air space into which purge air flows in the outer peripheral side of the burner cylinder and upstream of itself. A substrate to be
Equipped with
A purge air flow path for ejecting the purge air in the purge air space into the burner cylinder or downstream of the substrate is formed in at least one of the substrate and the burner cylinder;
The ejection opening for ejecting the purge air in the purge air flow path has a plate thickness dimension of a cylinder forming plate that forms the burner cylinder and a plate thickness dimension of the substrate from the downstream end of the burner cylinder toward the upstream side. And the range up to the second opening formation range dimension which is the shorter plate thickness dimension, and the range from the inner peripheral surface of the burner tube to the second opening formation range dimension in the radial direction. Formed in the second opening formation range,
Burner.
前記噴出開口は、前記バーナ軸線を中心として環状に形成されている、
燃焼器。 The combustor according to claim 1 or 2,
The ejection opening is formed in an annular shape around the burner axis.
Burner.
前記噴出開口は、前記バーナ軸線を中心とした周方向に、互いに離間して複数形成されている、
燃焼器。 The combustor according to claim 1 or 2,
A plurality of the ejection openings are formed apart from each other in the circumferential direction around the burner axis.
Burner.
前記パージ空気流路の前記パージ空気が流入する入口開口と前記噴出開口とのうち、少なくとも一方の開口は、前記バーナ軸線を中心とした周方向に、互いに離間して複数形成され、複数の前記一方の開口は、前記バーナ軸線を中心とした円弧状に形成されている、 燃焼器。 The combustor according to any one of claims 1 to 3.
At least one of the inlet opening through which the purge air flows in the purge air flow path and the ejection opening is formed in a plurality separated from each other in the circumferential direction around the burner axis, One opening is formed in the circular arc shape centering on the said burner axis line, The combustor.
前記周方向における複数の前記一方の開口の相互間は、円弧状の前記一方の開口の内周縁と外周縁との間隔を確保するためのスペーサを成し、
前記スペーサは、前記パージ空気空間側から前記噴出開口に近づくに連れて次第に前記周方向の幅が小さくなっている、
燃焼器。 The combustor according to claim 5.
Between the plurality of one openings in the circumferential direction, a spacer is provided to secure a distance between the inner peripheral edge and the outer peripheral edge of the one circular opening.
The spacer gradually decreases in circumferential width as it approaches the jet opening from the purge air space side.
Burner.
前記噴出開口は、前記基板と前記バーナ筒とを跨るように形成されている、
燃焼器。 The combustor according to any one of claims 1 to 6,
The ejection opening is formed so as to straddle the substrate and the burner cylinder.
Burner.
前記噴出開口は、前記バーナ筒に形成されている、
燃焼器。 The combustor according to any one of claims 1 to 6.
The jet opening is formed in the burner cylinder,
Burner.
前記噴出開口は、前記基板に形成されている、
燃焼器。 The combustor according to any one of claims 1 to 6.
The jet opening is formed in the substrate,
Burner.
前記パージ空気流路は、前記パージ空気空間側から前記噴出開口に近づくに連れて次第に前記バーナ軸線に近づくよう傾斜している、
燃焼器。 The combustor according to any one of claims 1 to 9.
The purge air flow path is inclined to gradually approach the burner axis as it approaches the jet opening from the purge air space side.
Burner.
前記バーナ筒の下流端部には、下流側に向かうに連れて、内径が次第に大きくなるようテーパ面が形成され、前記バーナ筒を形成する前記筒形成板の板厚方向における前記テーパ面のテーパ面形成幅が、前記筒形成板で前記テーパ面が形成されていない部分における板厚の半分以上である、
燃焼器。 The combustor according to any one of claims 1 to 10.
A tapered surface is formed at the downstream end of the burner cylinder so that the inner diameter gradually increases toward the downstream side, and the taper of the tapered surface in the thickness direction of the cylinder forming plate forming the burner cylinder The surface forming width is not less than half of the plate thickness in the portion where the tapered surface is not formed in the tube forming plate,
Burner.
前記基板には、前記パージ空気空間から前記基板の下流側に貫通する複数のパージ空気孔が形成されている、
燃焼器。 The combustor according to any one of claims 1 to 11.
The substrate is formed with a plurality of purge air holes penetrating from the purge air space to the downstream side of the substrate.
Burner.
前記バーナ筒の下流側で前記バーナ軸線を中心とした周方向で燃料濃度が相対的に高い領域では、前記周方向における単位長さ当たりの前記噴出開口の面積が大きくなっている、
燃焼器。 The combustor according to any one of claims 1 to 12.
In the region where the fuel concentration is relatively high in the circumferential direction around the burner axis on the downstream side of the burner cylinder, the area of the ejection opening per unit length in the circumferential direction is large.
Burner.
空気を圧縮して、前記燃焼器に空気を供給する圧縮機と、
前記燃焼器内での燃料の燃焼で形成された燃焼ガスにより駆動するタービンと、
を備えているガスタービン。 The combustor according to any one of claims 1 to 13,
A compressor for compressing the air and supplying the air to the combustor;
A turbine driven by combustion gas formed by combustion of fuel in the combustor;
Equipped with a gas turbine.
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